Du forventes å kunne dette beviset til eksamen
Hvis f er kontinuerlig på [a,b] og F(x)=∫axf(t)dt for x i [a,b], så er F deriverbar og F′(x)=f(x) (analysens fundamentalteorem).
Forutsetninger:
- Definisjonen av den deriverte som grenseverdi av differansekvotienten: F′(x)=limh→0hF(x+h)−F(x).
- At integralet over et sammensatt intervall kan deles opp i to biter: ∫ax+hf(t)dt=∫axf(t)dt+∫xx+hf(t)dt – arealet fra a til x+h er arealet fra a til x pluss det ekstra stykket fra x til x+h.
- Sett F(x)=∫axf(t)dt inn i differansekvotienten, og bruk oppdelingsregelen fra forutsetningene til å skrive om telleren – de to integralene fra a til x kansellerer hverandre:
F(x+h)−F(x)=(∫axf(t)dt+∫xx+hf(t)dt)−∫axf(t)dt=∫xx+hf(t)dt - Differansekvotienten blir dermed gjennomsnittsverdien av f over det lille intervallet [x,x+h]:
hF(x+h)−F(x)=h1∫xx+hf(t)dt - La mh og Mh være den minste og den største verdien f har på [x,x+h] (disse finnes siden f er kontinuerlig på et lukket intervall). Arealet under grafen på dette intervallet ligger mellom arealet av det laveste og det høyeste rektangelet med bredde h:
mh⋅h≤∫xx+hf(t)dt≤Mh⋅h - Del alle tre leddene på h (lovlig for h>0):
mh≤h1∫xx+hf(t)dt≤Mh - Når h→0, krymper intervallet [x,x+h] til selve punktet x. Siden f er kontinuerlig, går da BÅDE mh og Mh mot f(x) – minste og største verdi på et intervall som krymper til ett punkt, må begge nærme seg funksjonsverdien i akkurat det punktet. Uttrykket i midten er «klemt» mellom to grenser som begge går mot f(x), så det må selv gå mot f(x) (klem-prinsippet):
limh→0h1∫xx+hf(t)dt=f(x)
F′(x)=f(x) ∎